Nízkoteplotné asfaltové zmesi, skúsenosti z výroby

Od 1. januára 2017 sú v platnosti nové TKP 41 venované nízkoteplotným asfaltovým zmesiam (NAZ). V ostatnom čísle sme stručne hovorili o význame NAZ a o zmenách, ktoré sa dotknú výrobcov. V druhej časti článku sa zameriame na konkrétne technológie výroby NAZ a na skúsenosti s NAZ, ktoré nadobudla skupina COLAS počas svojho pôsobenia na tunajšom trhu.

NAZ nachádzajú uplatnenie z prozaických dôvodov – umožňujú znižovať náklady na ohrievanie zložiek asfaltových zmesí (AZ), pričom vlastnosti AZ ostávajú porovnateľné (ekvivalentné) s vlastnosťami tradičných horúcich zmesí. Druhou možnosťou je predĺžiť dopravnú vzdialenosť pri daných klimatických podmienkach, resp. predĺžiť spracovateľnosť zmesi, a teda aj asfaltérsku sezónu.

Z prehľadu výroby AZ skupinou COLAS na Slovensku a v Česku a priemerných teplôt vzduchu v jednotlivých mesiacoch za ostatné roky vyplýva opodstatnenosť riešenia tejto témy, prinajmenšom z čisto technického hľadiska.
Z údajov v tab. 1 môžeme vidieť, že približne 1/3 produkcie AZ pripadá na mesiace, v ktorých sú klimatické podmienky (prinajmenšom) hraničiace s prípustnými limitmi.

Tab. 1 Produkcia asfaltových zmesí v celej Českej republike a v rámci COLAS Slovensko v rokoch 2014 až 2016 vo vzťahu k teplotám vzduchu

Či už v rámci znižovania karbónovej stopy stavebných materiálov, alebo znižovania výrobných nákladov, či dokonca v rámci skutočnej snahy predĺžiť stavebnú sezónu sa jednotlivé spoločnosti (v krajinách, kde je to povolené či akceptované) snažia v posledných rokoch o znižovanie výrobných teplôt. Vo všeobecnosti sa akceptuje fakt, že v USA sa približne 30 % asfaltových zmesí vyrába vo forme NAZ. V Európe ide približne o 10 % a aj na Slovensku máme čo doháňať.

Spoločnosti skupiny COLAS tu však vyrobili spoločne približne 45 000 t nízkoteplotných zmesí, čo predstavuje približne 4 % z celkovej vlastnej produkcie asfaltových zmesí (v roku 2016 to bolo to bolo viac ako 7 %). V Českej republike vyrobila skupina COLAS za ostatné tri roky takmer 20 000 t takýchto zmesí, no v podmienkach, kde zákazníci zaryto odmietajú jednu z technológií – penoasfalt. Francúzsko prijalo záväzok vyrábať v roku 2017 30 % z celkovej produkcie asfaltových zmesí ako NAZ. V súčasnosti predstavuje výroba NAZ vo Francúzsku 10 % z celkovej produkcie asfaltových zmesí [7].

Tab. 2 Produkcia NAZ v celej Českej republike, v rámci COLAS SK a COLAS CZ v rokoch 2014 – 2016

Možnosti znižovania teploty zmesí

Existuje viac možností, ako vyrábať nízkoteplotné zmesi, t. j. ako vyrábať asfaltové zmesi pri teplote o 10 až 30 °C nižšej, ako sú bežné teploty ekvivalentných zmesí. Rozlišovať môžeme tri základné z nich:

1. Dvojité obaľovanie kameniva. V prvom kroku sa kamenivo obalí mäkkým bitúmenom (približne jeho tretina) a následne v druhom kroku tvrdým bitúmenom (zvyšné dve tretiny). Z pochopiteľných dôvodov sa metóda uplatňuje najmenej, ak vôbec.
2. Pridávanie prísad na rôznych chemických, resp. materiálových bázach. Podľa TKP 41 rozlišujeme:
     a) Minerálne prísady (spravidla zeolit) s typickou kryštalickou sústavou, ktorá obsahuje prirodzene asi 6 % molekúl vody a navyše umožňuje fyzikálne viazať ďalšiu vodu v množstve rádovo 25 %. Táto voda sa uvoľňuje postupne, takže pomerne významne znižuje viskozitu zmesi aj pri spracovávaní.
     b) Organické prísady. Podskupinou sú Fischer-Tropschove parafíny (FT parafíny). Sú to alifatické uhľovodíky s dlhým reťazcom. Rozsah teplôt topenia je 115 až 120 °C, čo je menej ako v prípade amidov mastných kyselín. Aj tieto patria medzi organické prísady, pričom majú rozsah teplôt topenia 140 až 145 °C. Nad týmito teplotami pôsobia významne na zníženie viskozity. Len čo však teplota zmesi klesne pod uvedený rozsah, začínajú kryštalizovať a, naopak, prispievajú k „tuhnutiu“ zmesi. Treťou podskupinou sú montánne vosky, ktoré sa získavajú spracovaním hnedého uhlia. Dosahujú pomerne široký rozsah teplôt topenia od 110 do 140 °C. Používajú sa najmä na modifikácie pri výrobe liateho asfaltu [11].
3. Speňovanie bitúmenu, a to pridávaním voľnej vody alebo vody viazanej v nejakom nosiči, napríklad v zeolite. To však znamená, že sa do zmesi pridáva zrnitá látka, prakticky prímes. Preto budeme ďalej za speňovanie považovať len pridávanie voľnej vody priamo do bitúmenu.

Priemerná mesačná teplota vzduchu v roku 2015 – Sliač (www.shmu.sk)

Minimálne a maximálne teploty vzduchu – Sliač (www.shmu.sk)

Výroba peny a penoasfaltu

Na výrobu NAZ si táto technológia vyžaduje modifikáciu existujúcich výrobných zariadení – montáž prídavného speňovacieho zariadenia včleneného pred miešací bubon. Existuje viac takýchto technologických zostáv (tzv. kitov) umožňujúcich pridávať vodu do horúceho bitúmenu. Skupina COLAS má patentovo chránenú vlastnú zostavu, ktorá zabezpečuje, aby sa do bitúmenu so štandardnou teplotou (v závislosti od konkrétne používaného bitúmenu) pridalo požadované množstvo studenej vody.

V USA sa približne 30 % asfaltových zmesí vyrába vo forme NAZ. V Európe ide približne o 10 %.

V dôsledku prudkého varu vody vzniká v expanznej komore asfaltová pena, ktorá zabezpečuje požadované obalenie kameniva aj pri jeho nižšej teplote ako pri výrobe štandardných asfaltových zmesí. Pri spôsobe používanom v spoločnosti COLAS bola dávka vody optimálna na napenenie asfaltu nastavená v rozpätí 2 až 3 % (cieľ 2,5 %). Neskôr, v roku 2016, sa prešlo na množstvo 1,5 % z obsahu bitúmenu. Z hľadiska zloženia výsledného stavebného výrobku – asfaltovej zmesi – nedochádza k žiadnej zmene, pretože voda sa odparí, prakticky unikne zo zmesi už v miešačke. Zvyšky sa odparia počas dopravy a spracovania pri zabudovávaní [7].

Záver

Spustenie výroby penoasfaltu v skupine COLAS bolo odvážnym krokom, ktorý mal, prirodzene, technologické slabiny, na ktoré sme neboli pripravení. Dôležité však je, že sa ich podarilo odstrániť, čo podmienilo reálny záujem vyrábať nízkoteplotné zmesi touto technológiou a využívať všetky benefity, ktoré to prináša. Za všetko hovoria vyrobené množstvá za celý COLAS SK v roku 2016 (26 500 t), t. j. po vyladení systému, a dopyt po technológii, ktorým sme museli riešiť v súvislosti s ochladením. Použitie technológie speňovania pri zachovaní teploty zmesi umožnilo korektne zhutniť zmesi a dosiahnuť tak ich návrhové kvalitatívne parametre na viacerých stavbách.

Obaľovacia stanica Čoltovo

História výroby penoasfaltu v skupine COLAS

Skupina COLAS (prostredníctvom spoločnosti Cesty Nitra, a. s.) začala na Slovensku implementovať technológiu speňovania v roku 2014, v dôsledku čoho sa stala priekopníkom tejto technológie v regióne. Ako to už býva, za veľkými krokmi stoja konkrétni ľudia.

Spomedzi viacerých vyberáme tých, ktorých sa projekt Penoasfalt dotkol azda najviac – Vladimíra Laca, vedúceho obaľovacích súprav (OS) v Mníchovej Lehote a Mojšovej Lúčke, a Miroslava Lesaya, vedúceho obaľovacích súprav v Smoleniciach, ktorých sa pýtame:

Kedy sa vybavili vaše OS speňovacím zariadením? Ako ste vnímali začiatky penoasfaltu? Vyskytli sa nejaké problémy, prípadne, ako ste ich vyriešili?

Vladimír Laco: V roku 2014 bola dovezená súprava na speňovanie asfaltu, pričom v lete toho roku bola zároveň spustená do prevádzky. Začiatky penoasfaltu na mojich OS sme vnímali ako novinku, mali sme očakávania aj obavy. Nevedeli sme, ako sa zmes bude správať – či už pri výrobe, alebo pri ukladaní a zhutňovaní. Mali sme síce asistenciu zahraničných kolegov, no viete, ako to chodí… Lepšie je raz vidieť, ako stokrát počuť. Aj samotný zásah do OS sme vnímali rozpačito.

Sprevádzkovaniu a vyladeniu systému predchádzali hodiny konzultácií, až postupne sme prichádzali veciam na koreň. Z rôznych vykonaných štúdií vyplynulo, že ideálne dávkovanie vody je 2,5 % k obsahu bitúmenu. V prvých rokoch sme sa toho držali. Vodná para však pri dávkovaní zložiek do miešačky unikala a kondenzovala. Postupne sa na kondenzát usadzoval prach zo sypkých materiálov a upchával potrubia alebo sa doslova „lepil“ na váhu kameniva.

Skrátka, spôsobovalo nám to technologické problémy. Výrobu sme museli odstaviť, vyčistiť všetky problematické miesta a opäť spustiť OS. Riešením týchto problémov boli zmeny v technológii speňovania. Znížili sme dávkovanie vody na 1,5 % a posunuli sme dýzu v rámci speňovacieho kitu. Tieto zákroky nám pomohli zlepšiť prácu a pomohli pri vyriešení daných problémov.

Miroslav Lesay: Ako potvrdzuje aj kolega, začiatky boli náročné. Všetky problémy, ktoré riešili na iných OS, sme museli riešiť aj my. Pôvodné dávkovanie vody na spenenie bitúmenu (2,5 %) spôsobovalo technologické problémy aj nám a niet sa čomu čudovať. Pracujeme predsa s rovnakými, resp. veľmi podobnými súpravami (AMMANN Uniglobe 120 H, resp. 160 v Mojšovej Lúčke).

Okrem toho sme museli vyriešiť aj funkčnosť ventilov dávkovania vody, keďže v zásobníku vody sa usádzali nečistoty. Tie sme odstránili filtrami na vodu už pri zásobníku vody a následne priamo aj pri speňovači. Tieto zákroky nám pomohli zlepšiť prácu a pomohli vyriešiť dané problémy.

Spenený bitúmen

Náročné čistenie od kusov zlepeného prachu

Koľko ste vyrobili ton penoasfaltu?

Vladimír Laco: Po vyriešení týchto technologických ťažkostí sa výroba rozbehla a posunuli sme sa na čísla, ktoré prinášajú ekologický a, samozrejme, aj finančný osoh. V roku 2016 sme v Mníchovej Lehote a Mojšovej Lúčke vyrobili spolu takmer 15 000 t penoasfaltových zmesí, kým za rok 2015 to bolo len 2 600 t a v 2014 približne 6 400 t. Objektívne však treba poznamenať, že OS Mníchova Lehota v roku 2015 dodávala asfaltové zmesi na rýchlostnú cestu R2 Ruskovce – Pravotice.

Miroslav Lesay: Na OS Smolenice sme začali vyrábať penoasfalt na začiatku sezóny 2014, pričom do konca roka sa nám podarilo vyrobiť 4 100 t. V roku 2015 aj v dôsledku silnej sezóny a hroziaceho rizika odstavenia OS sme výrobu penoasfaltu znížili na necelých 2 000 t. V ostatnom roku 2016, po aplikovaní už spomenutých zmien a vyladení systému, sa nám podarilo bez problémov vyrobiť približne 4 400 t. Nie je to svetoborné číslo, no sme spokojní so stúpajúcim trendom a sme radi, že sme vyrábali bez ťažkostí a bez odstavovania OS. Penoasfalt má pre nás všetkých význam!

Literatúra
1. Carbonneau, X., et al.: Energeticky ekonomické environmentálne asfaltové zmesi, Seminár Ivana Poliačka, 2008
2. Polakovič, Ľ.: Správa o riešení projektu APVV za rok 2013 – Asfaltové zmesi s nižšou energetickou náročnosťou a s menšou záťažou pre životné prostredie.
3. Polakovič, Ľ.: Správa o riešení projektu APVV za rok 2014 – Asfaltové zmesi s nižšou energetickou náročnosťou a s menšou záťažou pre životné prostredie.
4. Michaut, J.P.: Warm asphalt concretes in France, 2015.
5. http://www.developpement-durable.gouv.fr/ IMG/pdf/Convention_urbanisme.pdf.
6. http://www.ssc.sk/sk/Technicke-predpisy/ Zoznam-TKP-a-KL.ssc.
7. Dupuy, J.P., Abaffyová, Z.: Peno-Asfaltové zmesi, Výstavba a rehabilitácia asfaltových vozoviek, Podbanské, 2015.
8. TKP 6: Hutnené asfaltové zmesi.
9. TKP 41: Nízkoteplotné asfaltové zmesi.
10. Shell Bitumen Handbook: Riversdell House, Chertsey, 1991.
11. Shrnutí rakouských zkušeností: Inovace asfaltů – které výrobky jsou vhodné? Silnice mosty, 3/2016, Sdružení pro výstavbu silnic, Praha, 2016.

TEXT: Dr. Peter Briatka, MBA, Ing. Jana Olšová, Bc. Daniel Gabona
OBRÁZKY: autori, isifa/Shutterstock
Peter Briatka je technický riaditeľ spoločnosti COLAS SK, Košice. Jana Olšová pôsobí na SvF STU v Bratislave. Daniel Gabona pôsobí na SvF TUKE v Košiciach a je stážista v COLAS SK.